專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，特別是涉及進(jìn)行輻射檢測(cè)的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
從現(xiàn)有技術(shù)已知作為中子的檢測(cè)方法的采用BF3計(jì)數(shù)管的檢測(cè)方法和采用金屬薄膜的放射活化的方法。
但是，在使用計(jì)數(shù)管的方法或采用金屬薄膜放射活化的方法中，因?yàn)橛?jì)數(shù)管體積大，因此器件自身難免大型化，存在不能實(shí)時(shí)測(cè)量中子場(chǎng)的問(wèn)題。另一方面，作為輻射檢測(cè)器，雖然已知半導(dǎo)體檢測(cè)器，但其特性上中子的檢測(cè)幾乎不用。另外，現(xiàn)有的半導(dǎo)體型檢測(cè)器還存在成本非常高的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題提出本發(fā)明，第一個(gè)目的是提供一種適于檢測(cè)中子、小型且降低制造成本的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
第二個(gè)目的是提供一種可瞬時(shí)監(jiān)視分析檢測(cè)出的中子的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件為用于檢測(cè)中子的量的半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底、和具有形成于所述半導(dǎo)體襯底上的同位素10B的硼元素含有層。
另外，具有在所述硼元素含有層的下層中的所述半導(dǎo)體襯底表面區(qū)域中形成的PN結(jié)部，通過(guò)所述中子和所述同位素10B的反應(yīng)放射出的α射線在所述PN結(jié)部的耗盡層中產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，根據(jù)所述電子-空穴對(duì)的電荷量來(lái)檢測(cè)所述中子的量。
另外，在檢測(cè)所述中子的區(qū)域和其它區(qū)域中的所述半導(dǎo)體器件上具有由規(guī)定的半導(dǎo)體元件構(gòu)成的分析用電路部，通過(guò)所述分析用電路部來(lái)進(jìn)行所述電子-空穴對(duì)的電荷分析。
另外，所述分析用電路部中的所述硼元素含有層的所述同位素10B濃度與檢測(cè)所述中子的區(qū)域的所述硼元素含有層的所述同位素10B濃度相比，為低濃度。
另外，在所述分析用電路部中沒(méi)有設(shè)置所述硼元素含有層。
另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法為檢測(cè)中子的半導(dǎo)體器件的制造方法，包括將規(guī)定雜質(zhì)攙入半導(dǎo)體襯底上的第一區(qū)域中以在該半導(dǎo)體襯底的表面區(qū)域中形成PN結(jié)的第一步驟，在所述半導(dǎo)體襯底的第二區(qū)域中形成分析檢測(cè)的所述中子用的分析用電路部的第二步驟，和至少在所述第一區(qū)域的所述半導(dǎo)體襯底上形成包含與所述中子反應(yīng)而放射出α射線的同位素10B的硼元素含有層的第三步驟。
另外，在所述第三步驟中，形成所述硼元素含有層，所述第二區(qū)域中的所述同位素10B濃度與所述第一區(qū)域的所述同位素10B濃度相比，為低濃度。
另外，在所述第三步驟中，僅在所述第一區(qū)域的半導(dǎo)體襯底上形成所述硼元素含有層。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的示意剖面圖。
圖2是表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的斜視圖。
圖3是表示本發(fā)明實(shí)施例2的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的示意剖面圖。
發(fā)明實(shí)施例下面參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例。
實(shí)施例1圖1是表示作為本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體型輻射檢測(cè)器的示意剖面圖。實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件為將本發(fā)明應(yīng)用于1芯片型的中子檢測(cè)器中的器件。首先根據(jù)圖1來(lái)說(shuō)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件具有輻射檢測(cè)部1A和分析用內(nèi)部電路部1B兩個(gè)區(qū)域來(lái)構(gòu)成。
輻射檢測(cè)部1A為用作檢測(cè)入射的中子檢測(cè)器的區(qū)域。在輻射檢測(cè)部1A中，在由元件分離氧化膜2劃定的P型硅半導(dǎo)體襯底1的表面區(qū)域內(nèi)形成N型雜質(zhì)擴(kuò)散層，在與P型硅半導(dǎo)體襯底1之間形成PN結(jié)。另外，相對(duì)于PN結(jié)的交界面3，在上下方向的規(guī)定范圍內(nèi)形成耗盡層。
另一方面，在分析用內(nèi)部電路部1B中，通過(guò)柵極氧化膜6在P型硅半導(dǎo)體襯底1上形成柵極5，在柵極5的兩側(cè)的P型硅半導(dǎo)體襯底1的表面區(qū)域上形成作為源極/漏極的雜質(zhì)擴(kuò)散層7，同時(shí)構(gòu)成MOS晶體管。在分析用內(nèi)部電路部1B中，構(gòu)成通過(guò)這種MOS晶體管和組合其它元件的電路來(lái)檢測(cè)在輻射檢測(cè)部1A中檢測(cè)出的輻射的電路。在分析用內(nèi)部電路部1B中構(gòu)成的電路通過(guò)適當(dāng)組合例如放大微小信號(hào)的放大電路、僅選擇特定的波峰脈沖的單通道波峰分析電路、檢查兩系統(tǒng)的脈沖間一致的同步計(jì)數(shù)電路、計(jì)數(shù)脈沖數(shù)的定標(biāo)器電路、自動(dòng)分析脈沖波峰的頻度分布的多路復(fù)用波峰分析電路等幾個(gè)基本電路來(lái)構(gòu)成。
在輻射檢測(cè)部1A和分析用內(nèi)部電路部1B中的P型硅半導(dǎo)體襯底1上形成硼元素(B)含有層4。在該硼元素含有層4中，包含規(guī)定比例的同位素10B，而不是穩(wěn)定同位素的硼。
通常，同位素10B在天然存在的硼元素中約含20％。在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，使硼元素含有層4中含有一定濃度或該濃度以上的同位素10B。
下面說(shuō)明這種實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的制造方法。首先，在P型硅半導(dǎo)體襯底1上通過(guò)所謂LOCOS法、STI法等形成元件分離氧化膜2，以劃定元件活性區(qū)域，在輻射檢測(cè)部1A的元件活性區(qū)域中通過(guò)例如離子注入來(lái)攙入N型雜質(zhì)，在與P型硅半導(dǎo)體襯底1之間形成PN結(jié)。另一方面，在分析用內(nèi)部電路部1B中，在P型硅半導(dǎo)體襯底1上形成柵極氧化膜6和柵極5，通過(guò)離子注入N型雜質(zhì)，在柵極5兩側(cè)的P型硅半導(dǎo)體襯底1上形成雜質(zhì)擴(kuò)散層7。在分析用內(nèi)部電路部1B中，通過(guò)包含這種柵極5、雜質(zhì)擴(kuò)散層7的MOS晶體管等元件來(lái)形成分析用電路。之后，在輻射檢測(cè)部1A和分析用內(nèi)部電路部1B的P型硅半導(dǎo)體襯底1上形成硼元素含有層4中，得到圖1所示的結(jié)構(gòu)。這里，硼元素含有層4的形成中存在在采用CVD法成膜的同時(shí)向膜中攙入硼元素的方法、在形成作為硼元素含有層4底部的膜(層間絕緣膜)之后通過(guò)離子注入來(lái)攙入硼元素的方法等。中子的放射活化依賴于硼元素含有層4中存在的同位素10B的個(gè)數(shù)，即使硼元素含有層4中的同位素10B的濃度稀，只要形成厚的硼元素含有層4即可，反之，在硼元素含有層4中的同位素10B的濃度濃的情況下，可使硼元素含有層4變薄。特別是，通過(guò)將硼元素含有層4中的同位素10B的濃度設(shè)定在1020個(gè)/cm3-1023個(gè)/cm3的范圍內(nèi)，最好將濃度的上限設(shè)定在1022個(gè)/cm3以下，能可靠地使中子與10B反應(yīng)，而高效地放射出α射線。
圖2是表示實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的斜視圖。如圖2所示，在實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件中，將P型硅半導(dǎo)體襯底1上的區(qū)域分成多個(gè)區(qū)域，將輻射檢測(cè)部1A和分析用內(nèi)部電路部1B配置在彼此對(duì)角的位置上。通過(guò)分離輻射檢測(cè)部1A和分析用內(nèi)部電路部1B，可將例如中子的照射限定在輻射檢測(cè)部1A的區(qū)域中，還可將因α射線放射到分析用內(nèi)部電路部1B P型半導(dǎo)體基板1而導(dǎo)致的軟錯(cuò)誤的發(fā)生抑制到最小限度。
下面說(shuō)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件中的中子檢測(cè)的原理和工作。首先，輻射檢測(cè)部1A中受到作為被檢測(cè)對(duì)象的中子的照射。于是，硼元素含有層4中的同位素10B與照射的中子反應(yīng)，在硼元素含有層4中進(jìn)行10B(n，α)7Li反應(yīng)。因此，從硼元素含有層4向下層的P型硅半導(dǎo)體襯底1放射出α射線。
放射出的α射線進(jìn)入到輻射檢測(cè)部1A的P型硅半導(dǎo)體襯底中，如圖1所示，在PN結(jié)的交界面3附近的耗盡層中或其附近發(fā)生電子-空穴對(duì)8。因?yàn)殡娮?空穴對(duì)8的發(fā)生對(duì)應(yīng)于α射線的放射量來(lái)進(jìn)行，所以通過(guò)收集PN結(jié)區(qū)域中發(fā)生的電子-空穴對(duì)8的電荷，就可檢測(cè)α射線。因此，通過(guò)檢測(cè)PN結(jié)中流過(guò)的電流，可求出α射線的放射量，從而可求出照射的中子的量。
具體來(lái)說(shuō)，可通過(guò)從耗盡層中收集到的電荷量來(lái)放大PN結(jié)中流過(guò)的電流脈動(dòng)，測(cè)量計(jì)數(shù)或波峰分布可求出α射線的能量譜。因此，通過(guò)分析流過(guò)PN結(jié)的電流，可詳細(xì)地求出照射的中子的量、特性。
分析用內(nèi)部電路部1B具有從收集到的電荷量來(lái)進(jìn)行上述分析的功能。通過(guò)將分析用內(nèi)部電路部1B與輻射檢測(cè)部1A配置在同一襯底上、即同一芯片上，可在收集了電子-空穴對(duì)8的電荷后瞬時(shí)進(jìn)行上述的分析，可瞬時(shí)監(jiān)視入射的中子射線。另外，因?yàn)閺淖鳛閷?duì)于中子的反應(yīng)部的輻射檢測(cè)部1A到分析收集電荷的分析用內(nèi)部電路部1B形成于一個(gè)芯片上，所以可非常小地形成中子檢測(cè)系統(tǒng)整體。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1，通過(guò)硼元素含有層4中的同位素10B與照射的中子的反應(yīng)，朝著P型硅半導(dǎo)體襯底1放射出α射線，通過(guò)α射線，在P型硅半導(dǎo)體襯底1的PN結(jié)附近產(chǎn)生電子-空穴對(duì)8，所以通過(guò)檢測(cè)分析電子-空穴對(duì)8的電荷量，可求出照射的中子的量、能量譜等的特性。
另外，通過(guò)在半導(dǎo)體襯底1上設(shè)置輻射檢測(cè)部1A和分析用內(nèi)部電路部1B，可瞬時(shí)監(jiān)視中子射線，可在對(duì)測(cè)定對(duì)象的中子場(chǎng)的干擾非常少的狀態(tài)下進(jìn)行高精度的中子的檢測(cè)。另外，因?yàn)閺妮椛錂z測(cè)部1A到分析用內(nèi)部電路部1B形成于一個(gè)芯片上，所以可提供大幅度小型化檢測(cè)器、且大幅度降低成本的中子檢測(cè)系統(tǒng)。
在實(shí)施例1中，作為放射出α射線的原子核，不限于10B，只要是與中子作用的結(jié)果放射出α射線性質(zhì)的原子核即可，可用于替代10B。最好是，作為與中子進(jìn)行(n，α)反應(yīng)的原子核，期望對(duì)于中子而言，具有較大的反應(yīng)截面的原子核，例如可使用Li等(6Li等)來(lái)替代10B。
實(shí)施例2圖3是表示作為本發(fā)明實(shí)施例2的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體型輻射檢測(cè)器的示意剖面圖。實(shí)施例2的半導(dǎo)體器件與實(shí)施例1的不同之外在于，在分析用內(nèi)部電路部1B中，形成比輻射檢測(cè)部1A中的硼元素含有層410B濃度低的硼元素含有層4a。因?yàn)閷?shí)施例2的半導(dǎo)體器件的其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的相同，所以在圖3的說(shuō)明中，與圖1相同的構(gòu)成要素標(biāo)記與圖1相同的標(biāo)號(hào)，并部分省略說(shuō)明。
由此，在分析用內(nèi)部電路部1B中，通過(guò)在P型硅半導(dǎo)體襯底1上形成10B濃度低的硼元素含有層4a，可抑制中子照射中分析用內(nèi)部電路部1B附近的10B(n，α)7Li反應(yīng)，該結(jié)果發(fā)生的α射線進(jìn)入分析用內(nèi)部電路部1B的P型硅半導(dǎo)體襯底1中的概率變小。
進(jìn)入半導(dǎo)體襯底中的α射線對(duì)于電路是軟錯(cuò)誤的原因，但在分析用內(nèi)部電路部1B中，通過(guò)降低10B濃度，可降低α射線的進(jìn)入，可大大降低分析用內(nèi)部電路部1B中構(gòu)成的分析用電路的軟錯(cuò)誤引起的誤操作。
實(shí)施例2的半導(dǎo)體器件的制造方法與實(shí)施例1相同，在輻射檢測(cè)部1A的P型硅半導(dǎo)體襯底1上形成PN結(jié)，在分析用內(nèi)部電路部1B中形成由柵極5和雜質(zhì)擴(kuò)散層7構(gòu)成的MOS晶體管等元件，之后，雖然在P型硅半導(dǎo)體襯底1上形成硼元素含有層4、4b，但由于在形成硼元素含有層4、4b時(shí)，使得硼元素含有層4b的10B的濃度比硼元素含有層4的濃度低，所以分析用內(nèi)部電路部1B中的硼元素添加量比輻射檢測(cè)部1A小。在通過(guò)離子注入向硼元素含有層4中攙入10B時(shí)，離子注入通過(guò)原子質(zhì)量來(lái)分別離子種類，所以可通過(guò)施加光刻膠來(lái)僅在必要的部位注入作為同位素的10B，部分地使10B濃度變?yōu)榈蜐舛龋纬膳鹪睾袑?b。另外，在不必施加光刻膠的情況下，也可不注入10B。在采用CVD法來(lái)成膜時(shí)，在使用攙入10B的方法的情況下，在采用CVD法來(lái)形成夾層絕緣膜的同時(shí)，高濃度地?cái)v入10B，在形成硼元素含有層4后，通過(guò)光蝕刻法及之后的干蝕刻法來(lái)去除形成硼元素含有層4b的區(qū)域的硼元素含有層4，在之后采用CVD法的形成夾層絕緣膜的同時(shí)，也可低濃度地?cái)v入10B，形成硼元素含有層4b。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2，使攙入硼元素含有層4中的10B的濃度分布在同一芯片上，在分析用內(nèi)部電路部1B中，通過(guò)在P型硅半導(dǎo)體襯底1上形成比輻射檢測(cè)部1A的硼元素含有層410B濃度低的硼元素含有層4a，特別是在分析用內(nèi)部電路部1B附近可抑制α射線進(jìn)入P型硅半導(dǎo)體襯底1中，可提高耐軟錯(cuò)誤性。另外，在分析用內(nèi)部電路部1B的P型硅半導(dǎo)體襯底1上也可形成不含有10B的層。因此，可大大抑制α射線的產(chǎn)生，可抑制軟錯(cuò)誤的發(fā)生。因此，通過(guò)提高分析用內(nèi)部電路部1B中的耐軟錯(cuò)誤性，即使是在劑量高的中子場(chǎng)中，也可作為檢測(cè)器來(lái)使用。
在上述的實(shí)施例中，雖然通過(guò)α射線而在PN結(jié)的交界面3附近發(fā)生電子-空穴對(duì)8，通過(guò)其電荷量來(lái)檢測(cè)中子的量，但也可直接檢測(cè)α射線的量。
另外，通過(guò)使用引起X(β、α)Y反應(yīng)(這里，X、Y表示特定的原子核)的原子核來(lái)代替硼，即通過(guò)使用β射線與原子核產(chǎn)生核反應(yīng)而生成α射線和新的原子核Y的反應(yīng)，可將本發(fā)明適用于中子以外的輻射的測(cè)定中。同樣地，通過(guò)使用引起X(γ、α)Y反應(yīng)(這里，X、Y表示特定的原子核)的原子核X來(lái)代替硼，即通過(guò)使用γ射線與原子核X產(chǎn)生核反應(yīng)而生成α射線和新的原子核Y的反應(yīng)，也可適用于中子以外的輻射的測(cè)定中。
本發(fā)明因?yàn)槿缟纤鰳?gòu)成，所以可達(dá)到如下所示的效果。
通過(guò)在半導(dǎo)體襯底上形成包含同位素10B的硼元素含有層，所以中子與同位素10B反應(yīng)，放射出α射線，根據(jù)α射線劑量，可高精度地檢測(cè)出中子量。
通過(guò)放射出的α射線，在PN結(jié)部的耗盡層中發(fā)生電子-空穴對(duì)，可從PN結(jié)部的電流求出電子-空穴對(duì)的電荷量，根據(jù)該電荷量來(lái)求出中子的量。
在檢測(cè)中子的區(qū)域和其它區(qū)域中的半導(dǎo)體襯底上形成由規(guī)定半導(dǎo)體元件構(gòu)成的分析用電路部，通過(guò)對(duì)發(fā)生的電子-空穴對(duì)進(jìn)行電荷分析，可在同一芯片上配置檢測(cè)中子的區(qū)域和分析用電路部，可在瞬時(shí)監(jiān)視中子射線，可在對(duì)測(cè)定對(duì)象的中子場(chǎng)的干擾非常少的狀態(tài)下進(jìn)行高精度的中子的檢測(cè)。另外，因?yàn)樵谝粋€(gè)芯片上配置檢測(cè)中子的區(qū)域和分析用電路部，所以大幅度使檢測(cè)器小型化，并可大幅度降低成本。
另外，通過(guò)分析用電路部中的硼元素含有層的同位素10B濃度與檢測(cè)中子的區(qū)域的硼元素含有層的同位素10B濃度相比，為低濃度，所以可將分析用電路部中的α射線的放射抑制到最小限度，可大大降低軟錯(cuò)誤的發(fā)生。
另外，通過(guò)不在所述分析用電路部中設(shè)置所述硼元素含有層，可抑制分析用電路部中的α射線的放射，將軟錯(cuò)誤的發(fā)生抑制到最小限度。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，檢測(cè)中子的量，其特征在于包括半導(dǎo)體襯底，和包含形成于所述半導(dǎo)體襯底上的同位素10B的硼元素含有層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于具有在所述硼元素含有層的下層中的所述半導(dǎo)體襯底表面區(qū)域中形成的PN結(jié)部，通過(guò)所述中子和所述同位素10B的反應(yīng)放射出的α射線在所述PN結(jié)部的耗盡層中產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，根據(jù)所述電子-空穴對(duì)的電荷量來(lái)檢測(cè)所述中子的量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于在與檢測(cè)所述中子的區(qū)域不同的區(qū)域的所述半導(dǎo)體器件上具有由規(guī)定的半導(dǎo)體元件構(gòu)成的分析用電路部，通過(guò)所述分析用電路部來(lái)進(jìn)行所述電子-空穴對(duì)的電荷分析。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述分析用電路部中的所述硼元素含有層的所述同位素10B濃度與檢測(cè)所述中子的區(qū)域的所述硼元素含有層的所述同位素10B濃度相比，為低濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于在所述分析用電路部中沒(méi)有設(shè)置所述述硼元素含有層。
6.一種檢測(cè)中子的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于包括將規(guī)定雜質(zhì)攙入半導(dǎo)體襯底上的第一區(qū)域中以在該半導(dǎo)體襯底的表面區(qū)域中形成PN結(jié)的第一步驟，在所述半導(dǎo)體襯底的第二區(qū)域中形成分析檢測(cè)的所述中子用的分析用電路部的第二步驟，和至少在所述第一區(qū)域的所述半導(dǎo)體襯底上形成包含與所述中子反應(yīng)而放射出α射線的同位素10B的硼元素含有層的第三步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于在所述第三步驟中，在所述第一和所述第二區(qū)域的所述半導(dǎo)體襯底上形成所述硼元素含有層，形成所述硼元素含有層，所述第二區(qū)域中的所述同位素10B濃度與所述第一區(qū)域的所述同位素10B濃度相比，為低濃度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于在所述第三步驟中，僅在所述第一區(qū)域的半導(dǎo)體襯底上形成所述硼元素含有層。
全文摘要
提供一種適于檢測(cè)中子、小型且可降低制造成本的半導(dǎo)體器件及其制造方法。一種半導(dǎo)體器件,在半導(dǎo)體襯底1上形成包含同位素
文檔編號(hào)G01T3/08GK1374707SQ01145619
公開日2002年10月16日 申請(qǐng)日期2001年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月13日
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